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Verfahren und Schaltung zur Luftheizung und Lüftung von Räumen, insbesondere
der Abteile von Eisenbahnwagen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung
zum Konstanthalten der Temperatur in Eisenbahnabteilen und ähnlichen Räumen. Als
Heizmittel wurden bisher in erster Linie Dampf oder Elektrizität verwendet. Beide
Heizungen wurden im allgemeinen durch Verändern der Heizenergie geregelt, wobei
die Luft in den Abteilen dem üblichen thermischen Kreislauf unterworfen war, ohne
zusätzlich umgepumpt zu werden. Insbesondere war keine besondere Frischluftzufuhr
vorgesehen, soweit nicht Lüftungsklappen vorhanden waren, die aber mit den Regelorganen
für die Heizenergie in keinem funktionellen Zusammenhang standen.
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In neuerer Zeit geht man nun dazu über, die einzelnen Heizkörper aus
den Abteilen zu entfernen und die Räume durch Umwälzen warmer, an zentraler Stelle
geheizter Luft zu erwärmen. Die Regelung erfolgt dabei in sinngemäß ähnlicher Weise
wie bei der Dampfheizung, nämlich durch mehr oder minder starke Drosselung der umgewälzten
Luftmenge mittels Luftklappen od. dgl., während sich die Energiezufuhr je nach der
Temperatur der geheizten bzw. der zu heizenden Luft einstellen ließ.
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Eine derartige Regelung des Luftumlaufes hat aber zur Folge, daß der
Druck der Luft in den Abteilen schwankt, was in bestimmten Fällen das Gefühl eines
vorhandenen Luftzugs auslöst, wenn nämlich der Druck in den Abteilen so. weit gesunken
ist, daß die Frischluftzufuhr durch die Ritzen in den Türen und Fenstern erfolgen
kann. Es ist daher anzustreben, daß die Luft den Abteilen in. stets gleichbleibender
Menge zugeführt wird, so daß die verbrauchte Luft lediglich durch die vorhandenen
Spalten und Ritzen oder auch durch die Ventilationsöffnungen hindurch abströmt.
In diesem Falle ist es dann zweckmäßig, die Luft dauernd zu erneuern, d. h. die
Frischluft in konstanten Strom zuzuführen. Die Regelung der Heizwirkung muß in diesem
Falle durch entsprechendes Einstellen der Energiezufuhr erfolgen. Handelt es sich
dabei um elektrische Heizkörper, so ist eine stufenlose Regelung der Energiezufuhr
ohne Energieverlust nicht möglich. Man ist daher bei den elektrischen Heizvorrichtungen
schon seit längerer Zeit dazu übergegangen, durch Reihen-und Parallelschalten der
Heizwicklungen einerseits oder durch, intermittierende Energiezufuhr die Temperatur
in den Räumen aufrechtzuerhalten.
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Bei Dampfheizungen mit Luftumlauf, die mit einstellbarer Drosselung
der Dampfzufuhr und des Luftumlaufes arbeiten, sind Regelvorrichtungen bekannt,
bei denen die Dampfventile und die Luftklappen durch verschiedene Gruppen von Temperaturfühlern
beeinflußt werden, um auf diese Weise eine einwandfreie, selbsttätige Temperaturregelung
zu erhalten. Die eine Gruppe derartiger Temperaturfühler befindet sich in den Abteilen
selbst, eine zweite unmittelbar hinter der Heizvorrichtung, um die Temperatur der
zur Verfügung stehenden Heißluft zu messen. Eine dritte Gruppe von Temperaturfühlern
spricht auf die Außentemperatur an.
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Ist nun eine gleichbleibende Frischluftzufuhr und eine intermittierend
arbeitende, zentrale, elektrische oder dampfgeheizte oder sonstige Heizvorrichtung
vorgesehen, so sind die bisher bekannten Schaltungen der Temperaturfühler nicht
anwendbar.
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Aufgabe der Erfindung ist die Neuentwicklung einer Schaltung, die
das Regeln einer Luftumwälzheizung mit konstanter Frischluftzufuhr in Abhängigkeit
von dem Wärmebedarf in den zu heizenden Räumen, von der Temperatur in dem Heißluftstrom
und von der Außentemperatur ermöglicht.
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Ausgehend von einem Verfahren zur Luftheizung und Lüftung von Räumen,
insbesondere der Abteile von Eisenbahnwagen, bei welchem die Heizluft zentral erhitzt
und den zu heizenden Räumen zugeführt wird, wobei die Warmluft in stets gleichbleibender
Menge, d. h. unabhängig von der in den Räumen herrschenden Temperatur, in die Räume
eingeleitet. und die Heizenergie dem Erhitzer, durch Steuerglieder beeinflußt, intermittierend
in gleichbleibender Stärke zugeführt wird, besteht die Erfindung darin,. daß die
Heizenergie in an sich bekannter Weise durch Temperaturfühler in den Räumen, im
Warmluftstrom und in. der Frischluftleitung (Außenluft) gesteuert wird, wobei aber
der die Heizenergie beim Erreichen vorgegebener Temperaturgrenzen einschaltende
Temperaturfühler im
Warmluftstrom durch den Temperaturfühler in
der Frischluftleitung derart vorgesteuert wird, daß der Ansprechwert des Temperaturfühlers
im Warmluftstrom bei sinkender Außentemperatur steigt, bei steigender Außentemperatur
dagegen fällt.
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Ein höhererAnsprechwert des Warmluft-Temperaturfühlers bedeutet aber
nicht eine Erhöhung der in der Zeiteinheit gelieferten Heizenergie, sondern nur
eine Verlängerung der jeweiligen Einschaltdauer. Steigt also umgekehrt die Außentemperatur,
so wird der Ansprechwert des Warmluft-Temperaturfühlers entsprechend gesenkt, wodurch
auch die Einschaltdauer der an sich konstanten, also ungeregelten Heizenergie verringert
wird.
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Ein Abschalten der Heizenergie muß ferner stattfinden können, wenn
die Temperatur in den Räumen trotz dieser Vorsteuerung einen bestimmten Wert überschreitet,
während das Wiedereinschalten in gleicher Weise bei einer bestimmten Mindesttemperatur
in den Abteilen erfolgen muß. Um dies zu erreichen, sind gemäß der Erfindung in
einem ersten Stromkreis die drei Temperaturfühler mit einem Hilfsschütz in Reihe
geschaltet, das seinerseits das Leistungsschütz für die Heizenergie steuert.
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Der Temperaturfühler für die Außentemperatur ist mit einem zweiten
Ansprechkontakt des Temperaturfühlers im Warmluftstrom parallel geschaltet, so daß
bei einer vorgegebenen Warmlufttemperatur ein Abschalten der Heizenergie unabhängig
von der Außentemperatur erfolgen kann.
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Ferner können die Temperaturfühler für die Außen-und die Warmlufttemperatur
durch einen zweiten Ansprechkontakt des Temperaturfühlers in den Wagenabteilen kurzgeschlossen
werden, wenn die Temperatur in den Abteilen einen gewissen Höchstwert überschreitet.
In manchen Fällen ist es auch zweckmäßig, dieses unmittelbare Abschalten der Heizenergie
durch die Temperaturfühler in den Abteilen davon abhängig zu machen, daß die Außentemperatur
einen gewissen Mindestwert überschreitet. In diesem Falle wird ein auf diese höhere
Temperaturgrenze eingestellter Ansprechkontakt des Temperaturfühlers für die Außenluft
oder ein getrennter Temperaturfühler im Frischluftstrom vor der Heizvorrichtung
mit einem zweiten Hilfsschütz verbunden, das mit dem Höchsttemperaturkontakt der
Abteil-Temperaturfühler in Reihe geschaltet ist.
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Das auf diese Weise betätigte Hilfsschütz kann dazu verwendet werden,
irgendwelche Kühlvorrichtungen für die Abteile in Tätigkeit zu setzen, beispielsweise
den Ventilator der Heizvorrichtung nach dem Abschalten wieder einzuschalten bzw.
ihn eingeschaltet zu halten.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert,
und zwar zeigt Fig. 1 die räumliche Anordnung der Heizeinrichtung und ihrer Teile
sowie der Temperaturfühler, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Schaltung und Fig. 3 eine Schaltung der Temperaturfühler.
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Die Heizeinrichtung, die beispielsweise unter dem Fahrzeugboden angebracht
ist, besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus dem elektrisch gespeisten
Heizkörper 1, dem dauernd mit konstanter Drehzahl durch einen Motor 3 angetriebenen
Ventilator 2 und dem Heißluftkanal 4 mit den Zuleitungsöffnungen 5 zu den einzelnen
Abteilen 6. In der Regel ist außerdem ein Dampfheizkörper vorhanden, der in der
gleichen Weise wie der elektrische Heizkörper gesteuert wird. Auf der Saugseite
des Ventilators 2 befindet sich ein als Quecksilberkontaktthermometer dargestellter
Fühler 8 zur Berücksichtigung der Außentemperatur; unmittelbar hinter dem Heizkörper
1 ist der die Heißlufttemperatur messende Temperaturfühler 9 vorgesehen, während
sich in jedem Abteil 6 ein Temperaturfühler 10 befindet, wobei diese Temperaturfühler
10 unter sich parallel geschaltet sind. Außer dem Temperaturfühler 8 kann in der
Ansaugluft noch ein zweiter Temperaturfühler 11 vorgesehen sein, dessen Wirkungsweise
an Hand des Schaltbildes Fig. 2 noch näher erläutert werden soll.
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In diesem Schaltbild bedeuten 12 und 13- die Leitungen des Steuerstromkreises
zum Betätigen der Hilfsschütze 14 und 15 sowie des Leistungsschützes16. Von der
Steuerleitung 12 fließt der Strom bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zunächst
in den Temperaturfühler 9 im Heißluftkanal 4. Dieser Temperaturfühler 9 hat zwei
Ansprechkontakte 17 und 18, zwischen welche der Temperaturfühler 8 für die Außenlufttemperatur
mit seinem Kontakt 19 eingeschaltet ist. Spricht der Kontakt 18 des Temperaturfühlers
9 an, dann ist der Temperaturfühler 8 kurzgeschlossen.
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Die Kontakte 18- und 19 der beiden Temperaturfühler 8 und 9 sind parallel
an die Temperaturfühler 10 in den Abteilen 6 angeschlossen, die jeweils wiederum
zwei Kontakte 20 und 21 aufweisen, von denen der erste 20 über eine Kontaktstelle
23 des Hilfsschützes 14 mit der Spule 24 und der Rückleitung 13 verbunden ist. Der
zweite Kontakt 21 der Temperaturfühler 10 ist entweder unmittelbar über eine Leitung
25 oder über ein Hilfsschütz 15 mit der Zuleitung 12 verbunden. Das Schütz 15 wird
durch den Temperaturfühler 11 mit seinem Kontakt 22 gesteuert. Das Hilfsschütz 15
kann mit einem Schalter 26 zusammenwirken, der zum Einschalten eines Stromkreises29
für eine Kühlvorrichtung od. dgl. verwendet werden kann. Eine zweite Kontaktstelle
27 am- Hilfsschütz 14 dient als Selbsthaltekontakt, während der Kontakt 28 bei erregtem
Hilfsschütz 14 den Steuerstromkreis des Leistungsschützes 16 öffnet und damit den
Heizstromkreis 30 unterbricht.
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Die Wirkungsweise der Schaltung ist nun folgende: Bleibt das Hilfsschütz
14 unerregt, so ist das Leistungsschütz 16 und damit der Heizstrom 30 eingeschaltet.
Das Hilfsschütz 14 wird erregt und damit der Heizstrom 30 abgeschaltet, wenn die
Innenraumtemperatur einen gewissen Wert; z. B, 23° C, erreicht hat und der Temperaturfühler
10 seinen unteren Kontakt 20 schließt, allerdings nur dann, wenn der die Warmlufttemperatur
messende Temperaturfühler 9 seinen oberen Kontakt 18, z. B. bei einer Temperatur
von 40° C, geschlossen hat, oder wenn bei niederer Warmlufttemperatur, z. B. 20°
C, dessen unterer Kontakt 17 geschlossen ist und gleichzeitig der mit diesem in
Reihe geschaltete Temperaturfühler 8, z. B. bei -10° C, anspricht.
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Durch eine solche Schaltung wird erreicht, daß der Temperaturfühler
10 die Heizleistung 30 nur dann bei dem unteren Kontakt 20 abschalten kann, wenn
die Warmluft über einem durch den -i#.ußenluft-Temperaturfühler 8 vorgesteuerten
Ansprechwert (Kontakt 17 bzw. 18) des Temperaturfühlers 9 liegt, wobei die niedrigere
Temperatur, d. h. der untere Kontakt 17 dem Temperaturbereich der Außenluft über
dem Kontakt 19, die höhere Temperatur, d. h. der Kontakt 18, dem Bereich unter dem
Kontakt 19 entspricht. Das Hilfsschütz 14 hat einen Haltekontakt 27, der es so lange
angezogen hält; bis die Temperatur der Warmluft
unter den den Kontakten-17
bzw. 18 entsprechenden Ansprechwert gesunken ist.
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An den Abteil-Temperaturfühler 10 ist noch ein zweiter, bei höherer
Temperatur, z. B. 26° C, schließender Kontakt 21 vorgesehen. Dieser wird entweder
über die gestrichelt gezeichnete Leitung 25 oder, wie ausgezogen gezeichnet, über
einen Kontakt 7 des Hilfsschützes 15 mit dem einen Pol der Stromquelle, z. B. Leitung
12, verbunden. Ungeachtet der Stellungen der Temperaturfühler 8 und 9 erfolgt deshalb
ein Abschalten der Heizleistung in diesem Falle bei der hohen Innenraumtemperatur
entsprechend dem Kontakt 21, und zwar im ersten Falle augenblicklich, im zweiten
Falle nur dann, wenn zugleich die Außentemperatur über einem Wert, z. B. + 15° C,
entsprechend dem Kontakt 22 am Temperaturfühler 11 liegt. Mit einer solchen Schaltung
wird ein Überhitzen der Abteile, insbesondere bei starker äußerer Sonnenbestrahlung,
vermieden.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, trägt das Hilfsschütz 15 noch einen
weiteren Kontakt 26, der dazu benutzt werden kann, das im allgemeinen bei Ausschalten
der Heizvorrichtung abgeschaltete Gebläse 2, 3 bei einer Außentemperatur von über
15° C wieder einzuschalten bzw. in Betrieb zu halten. Das Gebläse dient in diesem
Falle im Sommer der reinen Belüftung des Wagens.
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Erwähnt sei, daß die Schaltung in der Zeichnung nur schematisch dargestellt
ist. In der Praxis wird diese Schaltung noch zweckmäßig ergänzt werden: So können
z. B. die Hilfsschütze 14 und 15 anders angeordnet oder geschaltet bzw. durch weitere
Relais ergänzt sein, also z. B. mit Haltemagneten und Entregungsschaltungen arbeiten,
um von den empfindlichen Temperaturfühlern größere Ströme und vor allem Unterbrechungsleistungen
fernzuhalten.
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Weiter können die Temperaturfühler 8 und 11 in der Außenluft zu einem
Temperaturfühler mit den beiden Kontakten 19 und 22 vereinigt sein. Derartige Abarten
und Einzelheiten der Schaltung sind in der schematischen Skizze zugunsten einer
erleichterten Übersicht nicht dargestellt.
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Die Fig. 3 zeigt noch eine Schaltung, bei welcher die beiden Temperaturfühler
8 und 9 im Warm- bzw. im Frischluftstrom jeweils mehrere Ansprechkontakte aufweisen,
die verkreuzt geschaltet sind, so daß steigenden Werten des einen Fühlers fallende
Werte des anderen Fühlers entsprechen, und umgekehrt.